Papel de la interacción del etileno y el fósforo como agentes reguladores de la formación de micorriza arbuscular en tomate

Resumen

En las últimas décadas son muchos los estudios que se han realizado y cuyos resultados han permitido ampliar el conocimiento acerca del beneficio que sobre las plantas tiene el establecimiento de la asociación micorriza arbuscular (MA). Sin embargo, las señales, mecanismos y procesos moleculares que tienen lugar durante el establecimiento de la interacción son aun bastante desconocidos, pero se postula que los cambios en la homeostasis hormonal de las plantas pueden ser un factor clave en la formación y funcionamiento de la simbiosis MA. Sin embargo, aún no se han caracterizado completamente los procesos bioquímicos y morfogenéticos mediados por hormonas vegetales durante la formación de MA. Aunque se han demostrado diversas vías de activación y regulación de numerosos mecanismos de defensa generados en la planta durante la micorrización (García-Garrido y Ocampo, 2002; García-Garrido y Vierheilig, 2007). Por otro lado, las condiciones de alta concentración de fósforo disponible (Pi asimilable) limitan la simbiosis MA (He y Nara, 2007), lo que se traduce en pérdida de los beneficios de la simbiosis tales como la adquisición de nitrógeno y fósforo por parte del hongo para la planta (Govindarajulu et al., 2005), compuestos sulfurados (Allen y Shachar-Hill, 2009) y microelementos (George, 2000), incremento de la resistencia a patógenos y mejoramiento de la tolerancia al estrés (Pozo y Azcon-Aguilar, 2007). Aunque se desconocen los mecanismos activados en la planta mediante los cuales el fósforo inhibe la formación de la micorriza arbuscular. Se han propuesto varias vías de señalización molecular implicadas en la regulación de la adquisición de Pi y la regulación de la formación de micorriza arbuscular y es probable que actúen de forma interconectada (Rouached et al., 2010; Chiou et al., 2011). Por ejemplo, tratamientos con etileno comparados con plantas crecidas en condiciones de deficiencia de Pi causan cambios fenotípicos similares en las raíces (Gilbert et al., 2000; Ma et al., 2001). Este hecho indica que el etileno puede ser una hormona candidata en la mediación de la señalización y regulación de la adquisición de fósforo, y por tanto puede mediar en el mecanismo de la inhibición de la micorrización por disponibilidad de fósforo. En nuestro estudio, la adición de una dosis excesiva de etileno exógeno (0.3 mM) mostró efectos negativos en el desarrollo de la planta, tales como drásticos síntomas de epinastia. Al parecer, el etileno tiene un efecto positivo indirecto mediado por su efecto en la longitud y tamaño de la raíz y un efecto directo sobre los parámetros de micorrización. La regulación de la respuesta a etileno durante la micorrización en plantas de tomate se debió principalmente a la modulación de la expresión y actividad de sus receptores, más que por la regulación de su síntesis. El genotipo Rin, que arresta la respuesta a etileno, interviene en la regulación de la micorrización. Aunque es probable que la ruta de regulación del gen Rin sea dependiente o independiente de etileno. En tanto que el genotipo Epi de sensibilidad incrementada a etileno, regula negativamente el establecimiento de la micorrización. La respuesta a etileno durante la micorrización estuvo en función de la concentración de etileno añadido, pues no todos los receptores a etileno se expresaron con la misma intensidad en la planta. Respecto al fósforo, la micorrización fue arrestada casi completamente por una alta disponibilidad de fósforo, probablemente por la regulación negativa del fósforo en la biosíntesis y exudación de estrigolactonas radiculares a través de un mecanismo sistémico (Yoneyama et al., 2007; López-Ráez et al., 2008; Balzergue et al., 2011). El genotipo de la planta fue un factor clave en la respuesta/señalización a una alta concentración de fósforo disponible tanto en los parámetros fisiológicos, bioquímicos y moleculares evaluados. El etileno mostró un efecto antagonista ante el fósforo aunque con un carácter saturante, ya que a bajas concentraciones reduce el efecto negativo del fósforo, pero a altas concentraciones se reduce al antagonismo. Además, la aplicación de etileno no recupera el fenotipo del testigo pero el efecto negativo es menos acentuado. El antagonismo ocurre desde las primeras horas y días de la interacción de estos dos componentes y se va diluyendo su efecto con el transcurso de las horas y días. La adición secuencial de los distintos tratamientos tiene un efecto acumulativo (positivo/negativo) en la micorrización total. Una reciente publicación sugiere que la producción de estrigolactonas (SLs) en condiciones de disponibilidad de fósforo regula la simbiosis MA, aunque se desconoce el mecanismo (Balzergue et al., 2011). Además, no existen datos reportados sobre la regulación de la biosíntesis de SLs en condiciones de interacción del fósfor y del etileno. Nuestros resultados sugieren que la ruta de señalización del etileno (mutante Epi) antagoniza el efecto negativo del fósforo en la regulación de la expresión de los genes CCD7 y CCD8 de la biosíntesis de estrigolactonas a través de la regulación de la expresión del gen transportador de SLs en tomate ortólogo a otro recientemente reportado en petunia, LsPDR1 (Kretzschmar et al., 2012) de modo dependiente del genotipo pero independiente de la percepción del etileno. Por el contrario, la mutación Epi (sobreexpresión de la respuesta a etileno) interaccionó con el fósforo para potenciar la expresión del gen LsPDR1, y con ello, el transporte de estrigolactonas.